一种纳米材料冷喷涂装置的制作方法

本发明涉及纳米材料喷涂技术领域，更具体地，涉及一种纳米材料冷喷涂装置。

背景技术：

冷喷涂是一种低温喷涂工艺，采用压缩空气加速粒子到临界速度后从喷嘴射出，粒子直接击打至基体表面后发生物理形变并嵌入基体形成涂层。整个过程中粒子没有被熔化，在需喷涂基体表面的温度不超过150℃。冷喷涂的优势包括，喷涂的温度较低，发生相变的驱动力较小，固体粒子晶粒不易长大，氧化现象很难发生，因此可以制成特殊材料及具有特殊性能的涂层。

目前冷喷涂所用的颗粒尺寸一般在微米量级。纳米材料由于晶粒尺寸效应和大量晶界与界面的存在，冷喷涂纳米材料可以保留其基本的结构和性质，并获得一些特殊的表面的机械性能与化学性能，纳米材料在冷喷涂中更易加速到高速。利用冷喷涂制作纳米涂层比较传统涂层有着更优良的性能，将成为冷喷涂未来发展的方向之一。

然而纳米材料的冷喷涂有着一定的缺陷。纳米颗粒间由于其表面效应、范德华力以及化学键的作用容易发生团聚，纳米颗粒团聚后形成二次粒子，导致粒子粒径变大，纳米颗粒原有的性能将会受到影响。影响冷喷涂涂层形成及性能的主要因素是粒子撞击基体时的速度，只有当粒子与基体碰撞的速度高于某个临界值时，才能形成一定厚度的涂层；若低于临界速度，粒子和基体之间会发生反弹，对基体造成冲蚀甚至破坏。而粒子的速率与粒子的大小有着密切的关系，纳米颗粒团聚后粒径变大，其速率就会发生改变，这将会产生一定的损失。

因此，为了使纳米材料冷喷涂有着更好的喷涂效果，并实现精密喷涂，需要寻找一种技术使得在纳米材料的冷喷涂工艺过程中在不改变纳米材料的特性的前提下避免颗粒团聚。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的喷涂时纳米颗粒团聚后形成二次粒子，影响冷喷涂涂层形成及性能，提供一种纳米材料冷喷涂装置，在纳米材料的冷喷涂工艺过程中在不改变纳米材料的特性的前提下避免颗粒团聚。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纳米材料冷喷涂装置，包括有喷管，喷管设有进气口和送料口，其中，喷管的内腔由导电材料制成并通电，喷管设有超声模块。

在一个实施方式中，超声模块为声压模块。声压模块可引起喷管内腔的振动并分散纳米颗粒，避免纳米颗粒团聚。

优选地，声压模块设置在喷管的横向和纵向方向上。横向和纵向方向上的声压模块引起喷管内腔在不同方向上的振荡，更加有效而且全面的避免纳米颗粒团聚。

优选地，声压模块包括有线圈和振动膜，振动膜与线圈配合实现振动，振动膜连接有刚度组件。刚度组件的设置能使振动在刚度组件和振动膜固有频率附近得到放大，进一步增加声压模块的技术效果。

优选地，声压模块由磁致伸缩材料制成；声压模块连接有刚度组件。刚度组件的设置能使振动得到放大，进一步增加声压模块的技术效果。

优选地，声压模块为压电材料与电极堆叠复合形成，电极串联刚度组件。刚度组件与电极串联后，能使振动得到放大，进一步增加声压模块的技术效果。

在一个实施方式中，喷管的内腔为波纹状。波纹状的内腔来限制气体的行进方式，通过波纹状的内腔来引发纳米颗粒进一步分散。

优选地，喷管外表面由绝缘材料制成；喷管设有若干个进气口与送料口。

在一个实施方式中，喷管设有的进气口输入导电纳米颗粒，导电纳米颗粒在颗粒表面包覆有机物保护薄层或不导电物质薄层，使纳米颗粒带静电。

在一个实施方式中，喷管设有的进气口输入纳米颗粒制成的胶体，纳米颗粒表面包覆带有电荷的有机物进行喷涂。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

本发明提供的纳米材料冷喷涂装置，通过在喷管上设置超声模块对纳米颗粒进行振动并分散，避免纳米颗粒在冷喷涂过程中因为颗粒团聚后形成二次粒子而影响冷喷涂涂层形成及性能，使纳米材料冷喷涂有着更好的喷涂效果，并实现精密喷涂。同时喷管的内腔由导电材料制成并通电，在喷管内形成静电环境，更好的实现纳米颗粒的分散，实现更好的喷涂效果。

附图说明

图1是本发明实施例中整体结构示意图。

图2是本发明实施例中声压模块结构示意图。

图3是本发明实施例中声压模块结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

如图1所示，本发明提供一种纳米材料冷喷涂装置，包括有喷管1，在喷管1设有进气口2和送料口3，进气口2向喷管1输入具有高压的气体，由送料口3向喷管1输送携带有纳米颗粒，或混有纳米颗粒的溶液的高压气体。进气口2或送料口3的气压可以动态变化，实现使用振动式气泵实现进气口2或送料口3的气压动态变化，并以设定的频率发生高频脉冲式波动。高频脉冲式波动的频率可以是超声波或者与喷管1的内腔的谐振频率接近。对喷管1的内腔的形状和大小进行设计，使其具有特定的谐振频率。

喷管1设有超声模块4，超声模块4可以选择为声压模块5，声压模块5设置在喷管1的横向和纵向方向上，可引起喷管1内腔在不同方向上的振动并分散纳米颗粒，避免纳米颗粒团聚。

如图2所示，本实施例中，声压模块5包括有线圈和振动膜11，振动膜11连接导线10，振动膜11与线圈配合实现振动。振动膜11串联刚度组件9，使振动在刚度组件9和振动膜11固有频率附近得到放大。

本实施例中，横向设置的声压模块5可以设置在喷管1外表面或喷管1的内腔，竖向设置的声压模块5设置在喷管1顶部。

喷管1设有波纹状的内腔，进气口2进入的气体沿着波纹状的内腔行进，引发纳米颗粒进一步分散。内腔由导电材料制成并通电，使纳米颗粒在喷枪中带电并发生分散，喷管1外表面由绝缘材料制成，利用绝缘材料的绝缘性能提供保护。

本实施例中，喷管1上可以均匀的设有若干个进气口2与送料口3，实现纳米颗粒的逐次分散，或对多种纳米颗粒进行混合，以实现不同种纳米颗粒的同时混合喷涂。

本实施例中，对于导电纳米颗粒，可在颗粒表面包覆有机物保护薄层或不导电物质薄层，使纳米颗粒易于带静电，并改善在静电下的分散性。也可将纳米颗粒制成胶体，并使纳米颗粒表面包覆带有电荷的有机物并进行喷涂。

实施例二：

如图3所示，本实施例与实施例一相似，不同之处在于，本实施例中，声压模块5为压电材料7与电极8堆叠复合形成，压电材料7设有多层，通过压电材料7堆叠复合结构提高振幅。电极8连接导线10，电极8串联刚度组件9，使振动在刚度组件和声压模块固有频率附近得到放大。

实施例三：

本实施例与实施例一相似，不同之处在于，本实施例中，声压模块5为磁致伸缩材料制成，磁致伸缩材料制成的声压模块5连接刚度组件9。

具体实施例：冷喷涂材料采用纳米铜粉，球形颗粒直径50nm，在颗粒表面包覆一层厚度为2nm的pvp保护层，并使处理后的颗粒电荷为2000e。超声模块4的超声频率为80khz；声压模块由磁致伸缩材料铁基合金构成，并对其施加频率为50khz的交流电；喷管1的腔体部分开有两个进气口2和两个送料口3，口径大小ф＝1mm，长度l＝40mm；内腔由银制成，通u1＝20kv的高压电，喷管1外表面为绝缘材料制成；铜粉撞击到基体6表面的的速度v＝340m/s，超过临界沉积速度，可实现有效沉积。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。